DE2527231A1

DE2527231A1 - Separator

Info

Publication number: DE2527231A1
Application number: DE19752527231
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Ishii; Takehisa Kubo
Original assignee: Daicel Corp
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1974-06-20
Filing date: 1975-06-19
Publication date: 1976-01-08
Also published as: JPS50160178A; JPS576364B2; GB1508156A; US3962096A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

CMPU-<NG.

H. KlNKELDEY

DR-ING.

W. STOCKMAIR

DR-ING-AeElCAl-TECM

K. SCHUMANN

DR «€ft WVT. DiPl- -PHYS

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

DRBERMAT CHPU-CHeM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DRHEROeClNG.

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

19. Juni 1975

LINDAU

Daioel- Ltd.-— -

ITo. 8, 3-choiae^ Kawara-cho, Higashi-ku, Osaka, Japan

Separator

Die Erfindung bezieht sich auf einen nach dem Prinzip
der umgekehrten Osmose arbeitenden Separator zum Trennen von gelösten Stoffen und Flüssigkeiten, und betrifft
insbesondere einen solchen Separator mit einem Druckbehälter, einem darin enthaltenen, aus einer halb
durchlässigen Membrane gebildeten hohlen Separatorelement

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TELEFON (OB9) 22 28 62 TELEX O5-2938O TELEGRAMME MONAPAT

und einem Sammelrohr zum Abführen der von der Membrane durchgelassenen Flüssigkeit, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Separators.

Bei der Behandlung bzw. beim Separieren von Flüssigkeiten durch umgekehrte Osmose ergeben sich gewisse Schwierigkeiten daraus, daß die Oberfläche der halbdurchlassigen Membrane verschmutzt und ihre Durchlässigkeit dadurch beeinträchtigt wird. Eine solche verschmutzte Oberfläche läßt sich jedoch bekanntlich mit einem Schwamm od. dergl. reinigen.

Ein für diese Art der Reinigung geeigneter Separator wird als Höhrenseparator bezeichnet. Er weist halbdurchlässige Schichten oder Membranen an den Innenflächen von Mantelrohren auf. Zum Reinigen dieser Schichten oder Membranen werden Schwammbälle in einem Flüssigkeitsstrom durch sie hindurchgeschoben. Bei einem solchen Separator ist jedoch die auf sein. Volumen bezogene Oberflächengröße der/ Schicht oder Membrane, d.h. also die sog. Packdichte, ziemlich gering- Außerdem ist für jede schlauchförmige Schicht oder Membrane ein druckfestes Mantelrohr notwendig. Zur Erzielung einer erforderlichen. Gesamtflächengröße der Schichten oder Membranen in einem solchen Separator müssen außerdem mehrere Abschnitte der schlauchförmigen Membrane über Rohrkniee in Reihe miteinander verbunden sein. Dadurch erhöht sich die Anzahl der für den Separator notwendigen Einzelteile mit den daraus resultierenden wirtschaftlichen Nachteilen.

Bei einer anderen, als gewickelter Separator bezeichneten Ausführung ist eine ebene, halbdurchlässige Membrane zusammen mit einer Abstands- oder Zwischenlage spiralförmig aufgewickelt. Ein solcher Separator läßt sich zwar nicht mittels Schwammbällen od. dergl. reinigen, weist dafür jedoch eine sehr hohe Packdichte auf, wes-

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halb er auch überwiegend verwendet wird.

Die Erfindung schafft einen Separator der in den Ansprüchen bezeichneten Art, welcher die Vorteile der beiden vorstehend beschriebenen Ausführungen unter Weglassung von deren Nachteilen in sich vereinigt.

Gemäß ,der Erfindung weist ein Separator wenigstens ein hohiesTiSeparatorelement in-.Form .einer--mit einer Auskl~eidung versehenen Tasche aas-einer halbdurchlassigen Membrane "auf, welche zusammen mit. einer gewellten Abstandsoder Zwischenlage auf ein eine Vielzahl von Querbohrungen aufweisendes Sammelrohr.gewickelt ist. Die zwischen den auf einander"- folgenden LagenxLer Tasche angeordnete ::„._.-gewellte Zwischenlage -bildet eine Anzahl von im wesentlichen parallel zum Sammelrohr verlaufenden-Kanälen. Der Innenraum der Tasche steht in Strömungsverbindung mit dem Sammelrohr. Die Zwischenlage hat in ihren einander gegenüberliegenden Rändern .Kerben. Diese-sind so angeordnet·,", daß sie ~an den beiden: Rändern in einander entgegengesetzten Umfangsricht^ungen offen sind. Die -Kerben ermöglichen-den Übertrittrder zu behandelnden Flüssigkeit sowie von Gegenständen-zum Reinigen -der "._.--■_ Membrane von einem Kanal zum jeweils nächsten. Das Separatorelement, ist zusammen mit dem Sammelrohr.in einem:Druckbehälter untergebrachte Die Stirnseiten des aus der halbdurchlassigen Membrane und der Zwischenlage gebildeten Wickels sind mittels daran in Anlage gehaltener elastischer^Dichtungen-geschloss.en, so daß- sich ein fortlaufender, schlangenartig hin und her gehender Durchlaß für die zu behandelnde Flüssigkeit sowie für Gegenstände zum Reinigen der Membrane ergibt.

Die wesentlichen Merkmale des erfindungsgemäßen Separators werden am besten durch die folgende Beschreibung eines Verfahrens zu seiner Herstellung verdeutlicht.

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Das das wichtigste Teil des Separators darstellende Separatorelement wird aus zwei Lagen einer halbdurchlässigen Membrane in Form einer Tasche hergestellt. Zwischen die beiden die Tasche bildenden Lagen wird eine flüssigkeitsdurchlässige Auskleidung eingelegt, welche genügend steif ist, um die Membranen beim Andrücken eines zur Reinigung verwendeten Gegenstands gegen ihre Außenseiten von innen her abzustützen. An einem Ende steht die aus den halbdurchlässigen Membranen gebildete Tasche in Stromungsverbindung mit einem von kleinen Bohrungen durchsetzten Sammelrohr zum Abführen der von den Membranen und der Auskleidung in den Innenraum der Tasche durchgelassenen Flüssigkeit. Entlang ihren Rändern ist die Tasche dicht verschlossen. Eine gewellte Abstands- oder Zwischenlage wird auf die Tasche aufgelegt und zusammen mit dieser auf das Samrael— rohr aufgewickelt, so daß sie zwischen aufeinander folgenden Wickellagen der Tasche zu liegen kommt und diese auseinanderhält» Die Wellen der Zwischenlage begrenzen parallel zur Längsachse des Sammelrohrs verlaufende Kanäle. An einander gegenüberliegenden Rändern hat die Zwischenlage einander benachbarte Kanäle miteinander verbindende Kerben., welche den Übertritt der zu behandelnden Flüssigkeit sowie von Gegenständen zum Reinigen der Membranen von einem Kanal zum jeweils nächsten ermög lichen.. ■ ■---

Das auf diese Weise hergestellte Separatorelement wird in einen Druckbehälter eingesetzt. Dieser hat wenigstens ein Verschlußteil, etwa einen Deckel, mit einem Einlaß für die zu behandelnde Flüssigkeit, einem Auslaß für die behandelte Flüssigkeit und eine das Sammelrohr aufnehmende öffnung für den Austritt der von den Membranen durchgelassenen Flüssigkeit. An der Innenseite jedes Deckels angeordnete, elastisch komprimierbare Dichtungen

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befinden sich in Anlage an den beiden Stirnseiten des aus den die Tasche bildenden Membranen und der Zwischenlage gewickelten Separatorelements, so daß sie die Enden der von der zu behandelnden Flüssigkeit durchströmten Kanäle verschließen.

Der auf vorstehend beschriebene Weise hergestellte erindungsgemäße Separator hat somit einen gemeinsam von der halbdurchlässigen Membrane, der gewellten Zwischenlage und den Dichtungen gebildeten, in Schlangenlinien verlaufenden, durchgehenden Strömungsdurchlaß. Damit hat der Separator die gleiche Wirkungsweise wie ein Röhrenseparator, obglich hier flach ausgebreitete, ebene Membranen verv/endet werden.. Dabei hat er jedoch eine weit höhere Packunsdichte als ein herkömmlicher--Ronrensepa- --■ rator.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht .eines Sammelrohrs, einer aus halbdurchlässigen Membranen- gebildeten Tasche und einer gewellten Zwischenlage vor dem Aufwickeln der Tasche und der Zwischenlage auf das Sammelrohr, . .

Fig. 2 eine schematisierte Stirnansicht des Sammelrohrs mit darum gewickelter.Tasche und Zwischenlage und

Fig. 3 eine schematisierte Längsschnitt ansicht eines fertig zusammengebauten Separators.

Wie man in Fig. 1 erkennt, ist eine halbdurchlässige Schicht oder Membrane 5 auf einer Unterlage oder Auskleidung 3 aus einem Gewebe od. dergl. gebildet, so daß diese eine poröse, flexible Verstärkung für die

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Membrane bildet. Die Membrane 5 ist über ein Sammelrohr zusammengefaltet, so daß die Lagen der Auskleidung 3 einander gegenüberliegen und die Lagen der Membrane 5 einander abgekehrt sind, d.h. außen liegen. Das von kleinen Querbohrungen 2 durchsetzte Sammelrohr 1 dient zur Aufnahme von von der Membrane 5 durchgelassener Flüssigkeit und zum Abführen derselben. Zwischen den beiden Lagen der Auskleidung 3 liegt ein Netz oder Gitter etwa aus Draht oder Kunststoff, welches die Lagen der Auskleidung 3 auseinanderhält, so daß die von der Membrane 5 durchgelassene Flüssigkeit dazwischen abströmen kann.

In der beschriebenen Ausführung ist die halbdurchlässige Membrane 5 aus Zelluloseazetat, es können jedoch auch andere halbdurchlässige Membranen oder Schichten verwendet werden, welche genügend fest sind, daß sie sich zu einem Wickel aufwickeln lassen, und entlang ihren Rändern flüssigkeitsdicht verbindbar sind.

Die Lagen der Auskleidung und der Membarne sind entlang den seitlichen Rändern sowie entlang dem offenen vorderen Rand in einer Breite von etwa 2 bis 3 cm etwa mittels eines Epoxidharzklebers od. dergl. fortlaufend stoffschlüssig miteinander verbunden^ Damit sind die Auskleidung 3? das Netz 4 und die Membrane 5 abdichtend miteinander verbunden, so daß eine Tasche 9 gebildet ist, deren Außenseite von einer zu behandelnden Flüssigkeit umströmt wird und deren Trinenraum zum Abführen der von der Membrane 5 durchgelassenen Flüssigkeit dient. Ferner erkennt man in Fig. 1 eine gewellte Zwischenlage 7 aus flexiblem, korrosionsbeständigem Werkstoff, etwa Polyäthylen, Polypropylen oder Aluminium. An gegenüberliegenden Rändern hat die Zwischenlage 7 Kerben 8 für den Übertritt einer zu behandelnden Flüssigkeit sowie von zur Reinigung verwendeten Gegenständen von einer Seite zur anderen der Zwischenlage. Die Kerben 8 sind

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an den schräg verlaufenden Planken zwischen den Wellenbergen und -tälera der Zwischenlage 7 gebildet. An einer Seite der Zwischenlage liegen die Kerben sämtlich an den in einer Richtung ansteigenden Planken der Wellen und an der anderen Seite an den in entgegengesetzter Richtung ansteigenden Elanken. In Pig. Λ liegen die Kerben 8 der einen Seite also jeweils an der rechten und-die der anderen Seite an der linken Planke der Wellen.

Die Zwischenlage 7 wird auf die halbdurchlässige Tasche gelegt und zusammen mit ihr spiralförmig auf das Sammelrohr .1 aufgewickelt(Pig. 2). Das auf diese Weise gebildet* Separatoreleiaent enthält eine Vielzahl von in Längsrichtung-des Sammelrohrs 1 verlaufenden Kanälen 10. Diese sind jeweils an einer Seite 'durch die Tasche 9 begrenzt, an deren halbdurchlässigen Membranlagen 5 die Wellenberge und -täler der Zwischenlage 7 i^ wesentlichen Plüssigkeitsdicht anliegen. Die Kanäle 10 bilden Durchlässe für die zu behandelnde Plüssigkeit sowie für zur Reinigung verwendete Gegenstände. In dem in Pig. 2 gezeigten Zustand sind die Kanäle 10 zunächst noch beiderseits offen. " ' " . - ■ -

Das in Pig. 2 dargestellte Separatorelement wird in der in Pig. 3 gezeigten Weise in einen Druckbehälter Ή eingesetzt. Dieser hat ein Paar EhdverSchlüsse oder Deckel 12, an deren Innenseite jeweils eine elastisch kompriraierbare Dichtungsscheibe 13 angeordnet ist. Diese -kommen in abdichtende Anlage an den Stirnseiten des aus der Tasche 9 und der Zwischenlage 7 gebildeten Wickels, so daß die bisher offenen Enden der Kanäle 10 nun verschlossen sind und die Kanäle einen durchgehenden, in Schlangenlinien hin und her verlaufenden Durchlaß bilden.

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Eine etwa dem radial innersten Kanal 10 zugeführte zu behandelnde Flüssigkeit tritt nach dem Durchströmen dieses Kanals über die zugeordnete Kerbe 8 in den nächsten Kanal 10, durchströmt diesen und gelangt über die am anderen Ende desselben vorhandene Kerbe 8 in den folgenden Kanal 10 usw.. Zum Eeinigen der Membrane 5 werden Schwammbälle od. dergl. unter hydrostatischem Druck in gleicher Weise entlang den Kanälen 10 und durch die Kerben 8 hindurch bewegt. Die die Enden der Kanäle 10 abdichtenden Dichtungen 13 verhindern den Austritt von Flüssigkeit aus den Kanälen oder verringern ihn auf ein Mindestmaß·

Der Deckel 12 hat einen Einlaß 14- für die zu behandelnde Flüssigkeit. Diese wird dem Einlaß unter Druck zugeführt und durchströmt dann die Kanäle 10 und Kerben 8 in vorstehend beschriebener V/eise. Der dabei zuletzt durchströmte, äußerste Kanal 10" mündet in einem Auslaß 15· Die Funktionen von Einlaß und Auslaß können jedoch auch miteinander vertauscht werden.

Das Sammelrohr 1 steht durch die beiden Deckel 12 hervor und ist mittels Dichtringen 16 darin abgedichtet. Es hat an wenigstens einem Ende einen Auslaß 17 für die von der Membrane durchgelassene Flüssigkeit. Die Dekkel 12 sind unter Zwischenlage von Dichtungsringen 18 mittels Schrauben und Muttern 19 druckdicht mit dem Behälter 11 verbunden.

Der vorstehend beschriebene Separator hat eine wesentlich höhere Packungsdichte, d.h. die Oberfläche der halbdurchlässigen Membrane, bezogen auf das Volumen, ist beträchtlich größer als bei einen EÖhrenseparator, wobei gleichwohl eine Reinigung der Membranenoberflächen mittels Schwammbällen od. dergl. möglich ist. Zur Herstellung des Separatore1ements verwendet man eine flach

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ausgebreitete, ebene Membrane, welche sich auf äußerst einfache und wirtschaftliche Weise verarbeiten läßt.

Der beschriebene, nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose arbeitende Separator ist vielseitig verwendbar, etwa zum Reinigen oder Entsalzen von Wasser, zum Konzentrieren von Obstsäften und dergl. mehr.

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Claims

Patentansprüche:

1. Nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose arbeitender Separator, gekennzeichnet durch einen eine Kammer umgebenden Druckbehälter (11), durch ein in der Kammer angeordnetes Separatorelement mit einem mittig angeordneten Sammelrohr (1) zum Abführen von ausgeschiedener Flüssigkeit, einer aus einer halbdurchlässigen Membrane (5) gebildeten, eine Auskleidung (3) aufweisenden und einen dicht verschlossenen Innenraum umgebenden, flexiblen Tasche (9), deren Innenraum mit dein Saramelrohr ströraungsverbunden ist, so daß bei der Umströmung der Außenseite der Membrane von dieser durchgelassene Flüssigkeit über den Innenraum der Tasche und das Sammelrohr aus dem Druckbehälter abfuhr— bar ist, und mit einer sich von einer Stelle zunächst dem Sammelrohr im wesentlichen bis zum äußeren Ende der Tasche an dieser entlang erstreckenden, flexiblen und gewellten Abstands- oder Zwischenlage (7) mit im wesentlichen parallel zum Sammelrohr verlaufende Kanäle (10) begrenzenden Wellenbergen und -tälern und zwischen den Wellenbergen und -tälem verlaufenden Schrägflanken, von denen die an einer ersten Seite der Zwischenlage in einer ersten Richtung verlaufenden eine erste Anzahl von Kerben (8) und die an der gegenüberliegenden Seite der Zwischenlage in einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Richtung verlaufenden eine zweite Anzahl von Kerben (8) haben, so daß die nebeneinander verlaufenden Kanäle über die einander entgegengesetzt angeordneten Kerben miteinander strömungsverbunden sind, wobei die Tasche und die Zwischenlage spiralförmig auf das Sammelrohr gewickelt sind, so daß die Zwischenlage zwischen einander benachbarten Lagen der Tasche liegt und ihre Wellentäler bzw. -berge im wesentlichen abdichtend an der Membrane anliegen und mit dieser Durch-

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lasse für eine zu behandelnde Flüssigkeit begrenzen, durch elastisch komprimierbare Dichtungen (13), welche sich in abdichtender Anlage an den Enden der Kanäle (10) befinden und diese verschließen, so daß die über die Kerben miteinander verbundenen Kanäle einen fortlaufenden Strömungsweg für die zu behandelnde Flüssigkeit bilden, durch eine Einrichtung (14) zum Zuführen der zu behandelnden. Flüssigkeit nahe einem Ende der Zwischenlage und durch eine Einrichtung zum Abführen der behandelten Flüssigkeit aus dem Strömungsweg nahe dem gegenüberliegenden Ende der Zwischenlage.

2. Separator nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η - ζ e i c h η e t,. daß die für die umgekehrte Osmose verwendete halbdurchlässige Membrane (5) im wesentlichen rechteckige Form hat und über dem Sammelrohr (1) doppelt übereinandergefaltet ist, so daß das Sammelrohr in der Falte'liegt, daß die Ränder der Membrane zur Bildung des dicht abgeschlossenen Innenraums zwischen den beiden Lagen mittels eines Dichtungsmaterials (6) miteinander verbunden sind, und daß das Sammelrohr über es quer durchsetzende Öffnungen (2) mit dem Innenraum zwischen den Lagen der Membrane strömungsverbunden ist.

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•Α..

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